JP2003279974A - Image display device using microlens array and image projection device - Google Patents
Image display device using microlens array and image projection deviceInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明はマイクロレンズア
レイを用いた画像表示装置および画像投影装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image display device and an image projection device using a microlens array.
【0002】[0002]
【従来の技術】ビデオ画像やコンピュータの出力画像等
を表示するプロジェクタが広く普及している。近来、プ
ロジェクタの開発は、画像の高精細化、高照度化、装置
の小型化、低コスト化を目標に進められている。2. Description of the Related Art Projectors for displaying video images, computer output images, and the like have become widespread. 2. Description of the Related Art Recently, development of projectors has been advanced with the aim of achieving high definition of images, high illuminance, downsizing of devices, and cost reduction.
【0003】画像の高精細化を目して、ライトバルブ上
の画素サイズの縮小化が追求されてきたが、画素サイズ
の縮小化に伴ない、画素以外の配線等の占める面積(ブ
ラックマトリックス)が相対的に大きくなり、開口率が
低下して投影画像が暗くなり、画質が劣化する問題があ
った。Although the pixel size on the light valve has been reduced in order to improve the definition of the image, the area occupied by wirings other than the pixel (black matrix) has been accompanied by the reduction in the pixel size. Is relatively large, the aperture ratio is lowered, the projected image is darkened, and the image quality is deteriorated.
【0004】この問題に対し、ライトバルブ上の各画素
毎にマイクロレンズを対応させて配置し、マイクロレン
ズによる集光を利用して開口率を向上させることが提案
されている(特許第3110652号公報、特開200
0−19307号公報等)。この場合、入射光をマイク
ロレンズにより効率良くライトバルブの画素上に集光す
ることとともに、マイクロレンズアレイと空間光変調素
子を一体化する場合の製造の容易さが重要である。To solve this problem, it has been proposed to arrange a microlens corresponding to each pixel on the light valve and improve the aperture ratio by utilizing light collection by the microlens (Japanese Patent No. 3110652). Publication, Japanese Patent Laid-Open No. 200
0-19307, etc.). In this case, it is important that the incident light is efficiently condensed by the microlens on the pixel of the light valve, and that the microlens array and the spatial light modulator are integrated to facilitate manufacturing.
【0005】上記各公報に記載された画像表示装置では
「単一のマイクロレンズアレイ」が用いられ、各画素へ
の集光を単一のマイクロレンズ面で行っているため、集
光効率を上げるべくマイクロレンズの曲率半径を小さく
すると球面収差が悪化して、隣接する画素へのノイズ成
分が増え、上記曲率半径を大きくすると集光力が弱くな
って開口効率を高める効果を十分に得られないという問
題がある。In the image display device described in each of the above publications, a "single microlens array" is used, and light is condensed on each pixel by a single microlens surface. If the radius of curvature of the microlens is decreased as much as possible, the spherical aberration is deteriorated and the noise component to the adjacent pixel is increased. If the radius of curvature is increased, the light-collecting power is weakened and the effect of improving the aperture efficiency cannot be sufficiently obtained. There is a problem.
【0006】このような問題を解消できる方法として、
特開2000−305472号公報には、2枚のマイク
ロレンズアレイを用い、各画素上に効率良く光を集光さ
せるものが開示されている。As a method for solving such a problem,
Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2000-305472 discloses an arrangement in which two microlens arrays are used to efficiently collect light on each pixel.
【0007】しかしながら、この公報に記載された画像
表示装置は「光が入射する側から、透明基板、第2マイ
クロレンズ、第2接着剤、第2カバーガラス、ゲル状の
接着剤、第1マイクロレンズ、第1接着材、第1カバー
ガラスが設けられ、この第1カバーガラスとライトバル
ブとが一体化され」ており、全体が多層構造になってい
るために、使用部材数や製造工程数が多く製造が必ずし
も容易でなく、コスト的にも十分に廉価であるとは言い
がたい。However, the image display device described in this publication is "from the side on which light is incident, the transparent substrate, the second microlens, the second adhesive, the second cover glass, the gel adhesive, and the first micro. The lens, the first adhesive, and the first cover glass are provided, and the first cover glass and the light valve are integrated with each other. "Since the whole has a multi-layer structure, the number of members used and the number of manufacturing steps are increased. However, it is hard to say that the production is not always easy and the cost is sufficiently low.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】この発明は、2枚のマ
イクロレンズアレイと空間光変調素子とを組合せてな
り、空間光変調素子の各画素への光の集光効率が良く、
なおかつ構造が簡素で製造が容易であり、低コストに実
現できる新規な画像表示装置の提供を課題とする。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, two microlens arrays and a spatial light modulator are combined, and the efficiency of collecting light on each pixel of the spatial light modulator is good.
Another object is to provide a novel image display device that has a simple structure, is easy to manufacture, and can be realized at low cost.
【0009】この発明はまた、上記画像表示装置を用い
る新規な画像投射装置の提供を課題とする。Another object of the present invention is to provide a novel image projection device using the above image display device.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】この発明の画像表示装置
は、空間光変調素子と、第1マイクロレンズアレイと、
第2マイクロレンズアレイを有する。「空間光変調素
子」は、透過光もしくは反射光の強度を空間変調する。
空間光変調素子としては、従来から広く知られた透過型
もしくは反射型の液晶ライトバルブを用いることができ
る。An image display device according to the present invention comprises a spatial light modulator, a first microlens array,
It has a second microlens array. The "spatial light modulator" spatially modulates the intensity of transmitted light or reflected light.
As the spatial light modulator, a transmissive or reflective liquid crystal light valve that has been widely known in the related art can be used.
【0011】「第1マイクロレンズアレイおよび第2マ
イクロレンズアレイ」は、その各々におけるマイクロレ
ンズのレンズ配列が、空間光変調素子における画素配列
と対応している。ここに「マイクロレンズのレンズ配列
と空間光変調素子に置ける画素配列と対応する」とは、
マイクロレンズアレイの位置を空間光変調素子に対して
位置調整することにより、マイクロレンズアレイの配列
を画素配列と重ね合わせ得ることを意味する。In the "first microlens array and the second microlens array", the lens array of the microlenses in each corresponds to the pixel array in the spatial light modulator. Here, "corresponding to the lens array of the microlens and the pixel array placed in the spatial light modulator" means
By adjusting the position of the microlens array with respect to the spatial light modulator, it means that the array of the microlens array can be overlapped with the pixel array.
【0012】第1および第2マイクロレンズアレイは
「所定の間隙」を隔して対向させられ、第1マイクロレ
ンズアレイを介して第2マイクロレンズアレイと逆の側
に、第1マイクロレンズアレイに近接若しくは密接して
空間光変調素子が配される。即ち、空間光変調素子、第
1、第2マイクロレンズアレイの三者は、この順序に配
置される。The first and second microlens arrays are opposed to each other with a "predetermined gap" therebetween, and the first microlens array is provided on the side opposite to the second microlens array through the first microlens array. Spatial light modulators are arranged close to or close to each other. That is, the spatial light modulator, the first microlens array, and the second microlens array are arranged in this order.
【0013】空間光変調素子へ入射されるべき光は、第
2マイクロレンズアレイ側から入射し、第1、第2マイ
クロレンズアレイの各マイクロレンズにより、空間光変
調素子の各画素に集光される。The light to be incident on the spatial light modulator is incident from the second microlens array side and is condensed on each pixel of the spatial light modulator by each microlens of the first and second microlens arrays. It
【0014】このように、入射光は2枚のマイクロレン
ズアレイの各マイクロレンズにより画素に集光されるの
で、個々のマイクロレンズの集光力を「球面収差を悪化
させない」程度に無理無く設定できる。In this way, since the incident light is condensed on the pixel by each microlens of the two microlens arrays, the condensing power of each microlens can be set reasonably to "not worsen the spherical aberration". it can.
【0015】上記の如く、第1、第2マイクロレンズア
レイは相互に所定の間隙を隔して対向させられるので、
両者間には「所定の間隙」が存在する。この所定の間隙
の部分は空気層としても良いが、「樹脂で充填」するこ
ともできる(請求項2)。このように、第1、第2マイ
クロレンズアレイ間を樹脂で充填すると、充填樹脂と各
マイクロレンズアレイ材料の屈折率の関係を調整するこ
とにより、マイクロレンズの曲率半径あるいは焦点距離
を調整することができるので、各マイクロレンズの屈折
力等に対する設計の自由度が増え、各マイクロレンズア
レイの製造が容易になる。As described above, since the first and second microlens arrays are opposed to each other with a predetermined gap therebetween,
There is a "predetermined gap" between them. The portion of the predetermined gap may be an air layer, but may be "filled with resin" (claim 2). Thus, when the space between the first and second microlens arrays is filled with resin, the radius of curvature or the focal length of the microlenses can be adjusted by adjusting the relationship between the filling resin and the refractive index of each microlens array material. Therefore, the degree of freedom in designing the refractive power of each microlens is increased, and the manufacture of each microlens array is facilitated.
【0016】上記請求項1または2記載の画像表示装置
における第1、第2マイクロレンズアレイは、各マイク
ロレンズアレイのマイクロレンズのレンズ配列が何れも
「空間光変調素子の画素配列と重なり合う」ようにする
こともできるが、第1、第2マイクロレンズアレイにお
けるマイクロレンズ配列ピッチを少なくとも1方向にに
半ピッチずらすことができる(請求項3)。この場合、
一方のマイクロレンズアレイのレンズ配置は画素配置と
重なり合うが、他方のマイクロレンズアレイのレンズ配
列は、レンズ配列の縦横方向の少なくとも1方向に半ピ
ッチずれることになる。In the first and second microlens arrays of the image display device according to the first or second aspect, the lens arrays of the microlenses of each microlens array are "overlapped with the pixel array of the spatial light modulator". However, the microlens array pitch in the first and second microlens arrays can be shifted by a half pitch in at least one direction (claim 3). in this case,
The lens arrangement of one microlens array overlaps with the pixel arrangement, but the lens arrangement of the other microlens array is shifted by a half pitch in at least one of the vertical and horizontal directions of the lens arrangement.
【0017】この請求項3記載の画像表示装置におい
て、第1マイクロレンズアレイのマイクロレンズを凸面
形状、第2マイクロレンズアレイのマイクロレンズを凹
面形状とすることができ(請求項4)、逆に、第1マイ
クロレンズアレイのマイクロレンズを凹面形状とし、第
2マイクロレンズアレイのマイクロレンズを凸面形状と
することもできる(請求項5)。In the image display device according to the third aspect of the invention, the microlenses of the first microlens array can have a convex shape and the microlenses of the second microlens array can have a concave shape (claim 4). Alternatively, the microlenses of the first microlens array may be concave and the microlenses of the second microlens array may be convex (claim 5).
【0018】上記請求項3〜5の任意の1に記載の画像
表示装置における第1、第2マイクロレンズアレイのう
ち少なくとも一方は「マイクロレンズ間に隙間がある構
造」とすることができ(請求項6)、請求項3〜6の任
意の1に記載の画像表示装置における第1、第2マイク
ロレンズアレイのうち少なくとも一方は「マイクロレン
ズの配列が稠密である構造」とすることができる(請求
項7)。At least one of the first and second microlens arrays in the image display device according to any one of claims 3 to 5 can have a "structure having a gap between the microlenses" (claim). Item 6), and at least one of the first and second microlens arrays in the image display device according to any one of claims 3 to 6 may have a “structure in which microlenses are densely arranged” ( Claim 7).
【0019】上記請求項1〜7の任意の1に記載の画像
表示装置は、第1、第2マイクロレンズアレイ間の間隙
および/または位置を、維持および/または調整するス
ペーサを有することができる(請求項8)。The image display device according to any one of claims 1 to 7 may have a spacer for maintaining and / or adjusting the gap and / or the position between the first and second microlens arrays. (Claim 8).
【0020】この発明の画像投射装置は、請求項1〜8
の任意の1に記載の画像表示装置と、光源及び投射レン
ズを有する(請求項9)。The image projecting apparatus of the present invention comprises:
The image display device according to any one of 1., a light source, and a projection lens (claim 9).
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下、実施の形態を説明する。図
1(a)は、画像表示装置の実施の1形態を説明図的に
略示している。符号1は第1マイクロレンズアレイ、符
号3は第2マイクロレンズアレイ、符号4は空間光変調
素子を示す。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments will be described below. FIG. 1 (a) schematically illustrates one embodiment of the image display device. Reference numeral 1 is a first microlens array, reference numeral 3 is a second microlens array, and reference numeral 4 is a spatial light modulator.
【0022】この実施の形態において、空間光変調素子
4は反射型の「液晶ライトバルブ」であり、反射光の強
度を空間変調する。第1マイクロレンズ1、第2マイク
ロレンズアレイ3は、空間光変調素子4に置ける画素配
列と同じピッチでマイクロレンズを配列形成され、空間
光変調素子4の画素面に直交する方向200の方向から
見て、第1、第2マイクロレンズアレイとも、各マイク
ロレンズの配列が画素配列と重なり合うように位置関係
を定められている。In this embodiment, the spatial light modulator 4 is a reflective "liquid crystal light valve" and spatially modulates the intensity of the reflected light. The first microlens 1 and the second microlens array 3 are formed with microlenses arranged at the same pitch as the pixel arrangement in the spatial light modulation element 4, and from the direction 200 perpendicular to the pixel surface of the spatial light modulation element 4. As seen, both the first and second microlens arrays have a positional relationship such that the array of each microlens overlaps the pixel array.
【0023】第1、第2マイクロレンズアレイ1、3は
所定の間隙2を隔して、マイクロレンズ同士が互いに対
向させられ、第1マイクロレンズアレイ1を介して第2
マイクロレンズアレイ3と逆の側に、第1マイクロレン
ズアレイ1に密接して空間光変調素子4が配されてい
る。間隙2は「空気層」となっている。そして全体は適
宜の手段で一体化されている。The first and second microlens arrays 1 and 3 are separated from each other by a predetermined gap 2, and the microlenses are opposed to each other.
On the opposite side of the microlens array 3, the spatial light modulation element 4 is arranged in close contact with the first microlens array 1. The gap 2 is an “air layer”. And the whole is integrated by an appropriate means.
【0024】空間光変調素子4に入射されるべき光5
は、第2マイクロレンズアレイ3側から入射し、第1、
第2マイクロレンズアレイ1、3の各マイクロレンズに
より、空間光変調素子4の各画素に集光される。Light 5 to be incident on the spatial light modulator 4
Enters from the second microlens array 3 side,
The light is focused on each pixel of the spatial light modulator 4 by each microlens of the second microlens arrays 1 and 3.
【0025】図1(b)において、符号PCは空間光変
調素子4における画素のひとつを示し、符号6は、この
画素PC上に集光した光スポットを示している。このと
き、画素PC上に集光された光スポット6の大きさが
「画素サイズに対してある程度小さい」方が、この画素
PCで反射され射出したときに、スクリーン上に画素よ
りも小さなスポット像として投射されるので投射される
画像が「高精細化画像」となる。In FIG. 1B, reference numeral PC indicates one of the pixels in the spatial light modulator 4, and reference numeral 6 indicates a light spot condensed on the pixel PC. At this time, when the size of the light spot 6 condensed on the pixel PC is “smaller than the pixel size”, the spot image smaller than the pixel on the screen is reflected on the pixel PC and emitted. The projected image is a “high-definition image”.
【0026】上に示した画像表示装置における空間光変
調素子は上記の如く、反射型の液晶ライトバルブであ
る。このような液晶ライトバルブとしては、LCOS
(LiquidCrystal on Si)が知られている。勿論、空間
光変調素子としては「透過型の液晶ライトバルブ」を用
いることもできる。The spatial light modulator in the image display device shown above is a reflective liquid crystal light valve as described above. As such a liquid crystal light valve, LCOS
(LiquidCrystal on Si) is known. Of course, a "transmissive liquid crystal light valve" can be used as the spatial light modulator.
【0027】即ち、図1の画像表示装置は、反射光の強
度を空間変調する空間光変調素子4と、第1および第2
マイクロレンズアレイ1、3とを有し、第1および第2
マイクロレンズアレイ1、3におけるレンズ配列が空間
光変調素子4における画素配列に対応し、第1および第
2マイクロレンズアレイ1、3を、所定の間隙2を隔し
て対向させ、第1マイクロレンズアレイ1を介して第2
マイクロレンズアレイ3と逆の側に、第1マイクロレン
ズアレイ1に密接して空間光変調素子4を配してなり、
第2マイクロレンズアレイ3側から入射する光を、第
1、第2マイクロレンズアレイ1、3の各マイクロレン
ズにより、空間光変調素子4の各画素に集光させるよう
に構成したもの(請求項1)である。That is, the image display device shown in FIG. 1 includes the spatial light modulator 4 for spatially modulating the intensity of the reflected light, and the first and second spatial light modulators.
A microlens array 1 and 3, and a first and a second
The lens array in the microlens arrays 1 and 3 corresponds to the pixel array in the spatial light modulation element 4, and the first and second microlens arrays 1 and 3 are opposed to each other with a predetermined gap 2 therebetween to form the first microlens. Second through array 1
The spatial light modulator 4 is disposed on the side opposite to the microlens array 3 so as to be in close contact with the first microlens array 1.
A structure in which light incident from the second microlens array 3 side is condensed on each pixel of the spatial light modulator 4 by each microlens of the first and second microlens arrays 1 and 3 (claim 1).
【0028】第1、第2マイクロレンズアレイ1、3の
材質は、鉱物や樹脂等であることも可能であるがガラス
が一般的である。マイクロレンズアレイを形成するドラ
イエッチングのプロセスを考慮すると「アルカリフリー
や低アルカリガラス」が好ましい。代表的なものとして
石英ガラス(n(屈折率、以下同じ)=1.46)を挙
げることができる。The materials of the first and second microlens arrays 1 and 3 can be minerals, resins, etc., but glass is generally used. Considering the dry etching process for forming the microlens array, “alkali-free or low-alkali glass” is preferable. Quartz glass (n (refractive index, the same applies hereinafter) = 1.46) can be mentioned as a typical example.
【0029】間隙2に樹脂を充填すると、前述の如く、
充填樹脂の屈折率とマイクロレンズアレイ1、3の材料
の屈折率との関係を調整することにより、マイクロレン
ズの曲率半径や焦点距離を調整することができ、各マイ
クロレンズの屈折力等に対する設計の自由度が増え、各
マイクロレンズアレイの製造が容易になる。When the gap 2 is filled with resin, as described above,
By adjusting the relationship between the refractive index of the filling resin and the refractive index of the material of the microlens arrays 1 and 3, it is possible to adjust the radius of curvature and the focal length of the microlenses, and to design the refractive power of each microlens. This increases the degree of freedom in manufacturing each microlens array.
【0030】このような場合、マイクロレンズアレイ材
料としての石英ガラスとしては、樹脂とマイクロレンズ
アレイ材料の屈折率差、線膨張係数の違い(熱膨張率が
大きく異なると、製造プロセス中に加熱プロセスを含む
場合、熱ストレスでマイクロレンズアレイと樹脂間が剥
離したりする問題がある)低コスト化などから考えて、
コーニング社製の1737(n=1.52)、日本電気
硝子社製のネオセラムN−0(n=1.541)等が好
適である。In such a case, as the quartz glass as the microlens array material, the difference in the refractive index and the linear expansion coefficient between the resin and the microlens array material (if the thermal expansion coefficient is largely different, the heating process is performed during the manufacturing process). If it contains, there is a problem that the microlens array and the resin may peel off due to heat stress.) Considering cost reduction,
1737 (n = 1.52) manufactured by Corning Co., Neoceram N-0 (n = 1.541) manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd. are preferable.
【0031】第1、第2マイクロレンズアレイの間隙に
充填する樹脂としては、紫外線硬化型樹脂が好適であ
り、アクリル系で屈折率1.40から1.70(例え
ば、NTTアドバンステクノロジ社製)のものが知られ
ており、これらを適宜に選択して用いることができる。A UV-curable resin is suitable as the resin to be filled in the gap between the first and second microlens arrays, and is acrylic and has a refractive index of 1.40 to 1.70 (for example, manufactured by NTT Advanced Technology). Are known, and these can be appropriately selected and used.
【0032】マイクロレンズアレイを作製する際、厚
み:1mm前後のガラス基板がよく使われる。ドライエ
ッチングによりレンズが形成された後でも、この程度の
厚みである。このようなマイクロレンズアレイは市販さ
れている(たとえはMEMSOPTICAL社製、ピッ
チ15μmから500μm、レンズ形状、円形、正方形
など、基板:石英ガラス)。When manufacturing a microlens array, a glass substrate having a thickness of about 1 mm is often used. Even after the lens is formed by dry etching, the thickness is about this. Such a microlens array is commercially available (for example, manufactured by MEMSOPTICAL, pitch 15 μm to 500 μm, lens shape, circle, square, etc., substrate: quartz glass).
【0033】1mmという厚みは、基板の強度を確保す
るためであるが、研磨により数十μmまで薄くすること
が可能であり、薄型のマイクロレンズアレイを作製でき
ることは勿論である。The thickness of 1 mm is to secure the strength of the substrate, but it is possible to reduce the thickness to several tens of μm by polishing, and it goes without saying that a thin microlens array can be manufactured.
【0034】図1のように「間隙2を挟んで第1、第2
マイクロレンズアレイ1、3を配し、第1マイクロレン
ズ1に空間光変調素子4を密接させ全体を一体化」した
構成は、単純で部材点数が少ないから製造工程数も少な
く、容易且つ安価に製造できる。また、2枚のマイクロ
レンズアレイを使用しているため、個々のマイクロレン
ズの集光効率を無理なく設定でき、入射光を効率良く画
素上に集光でき、隣接画素へのノイズ光も低減できる。As shown in FIG. 1, "first and second with a gap 2 in between.
The configuration in which the microlens arrays 1 and 3 are arranged, and the spatial light modulator 4 is brought into close contact with the first microlens 1 to integrate the whole "is simple and has a small number of members, so that the number of manufacturing steps is small, which is easy and inexpensive. Can be manufactured. Further, since the two microlens arrays are used, the light collection efficiency of each microlens can be set without difficulty, the incident light can be efficiently collected on the pixel, and the noise light to the adjacent pixel can be reduced. .
【0035】マイクロレンズアレイにより光を集光させ
ると、各画素上に光強度分布が生じこれを2次元的にみ
ると、図8に示すようなプロファイルとなる。このプロ
ファイルの裾野が1画素内におさまっていれば隣接画素
へのノイズ光はない。また、プロファイルは「細い」ほ
ど投射される画像は「高精細な画像」となる。When the light is condensed by the microlens array, a light intensity distribution is generated on each pixel, and the profile is two-dimensionally viewed, and the profile is as shown in FIG. If the skirt of this profile is within one pixel, there is no noise light to adjacent pixels. Also, the more thin the profile is, the more highly projected the image is projected.
【0036】高精細化画像の指標として、光強度分布の
プロファイルの半値幅:HVを用いる。プロファイルの
半値幅:HVが小さいほど高精細である。一方で光利用
効率も性能として重要である。「光利用効率」は、1つ
のマイクロレンズを通った光が如何に損失無く対応する
1画素上に集光されるかにより定まる。The half value width: HV of the profile of the light intensity distribution is used as an index of the high definition image. Full width at half maximum of profile: The smaller the HV, the higher the definition. On the other hand, light utilization efficiency is also important as performance. The “light utilization efficiency” is determined by how the light passing through one microlens is condensed on the corresponding one pixel without loss.
【0037】図8に示すプロファイルは「裾野が僅かに
隣接画素に及」んでおり、光利用効率の僅かな損失とな
る。この損失光成分は隣接画素からみると「ノイズ光」
であり投射画像の画質劣化の原因となる。The profile shown in FIG. 8 "has a slight skirt extending to adjacent pixels", resulting in a slight loss of light utilization efficiency. This lost light component is "noise light" when viewed from adjacent pixels.
This causes deterioration of the image quality of the projected image.
【0038】以下に数値例を示す。最初に挙げる比較数
値例1、2は、1枚のマイクロレンズアレイを用いたと
きの例である。即ち、空間光変調素子の画素面に近接さ
せ「マイクロレンズが画素側となる」ようにしてマイク
ロレンズアレイを配置し、マイクロレンズの配列を画素
配列と重なり合うようにし、両者の間隙を透明樹脂で充
填した構成となっている。Numerical examples are shown below. Comparative numerical examples 1 and 2 given at the beginning are examples when one microlens array is used. That is, the microlens array is arranged so that the “microlenses are on the pixel side” in the vicinity of the pixel surface of the spatial light modulator, the microlens array is overlapped with the pixel array, and the gap between the two is made of transparent resin. It is a filled structure.
【0039】比較数値例1
画素サイズ:14μm角(一辺が14μmの正方形形状
を言う。以下同じ)
間隙に充填した樹脂の屈折率:1.4
マイクロレンズアレイ
屈折率:1.52 マイクロレンズ(凸)の曲率半径:
7μm
マイクロレンズ先端から画素までの距離(樹脂を充填し
た間隙):30μm
画素に集光した光の光強度分布のプロファイルの半値
幅:5.1μm
光利用効率:65%
この比較数値例1の場合、マイクロレンズアレイにおけ
る個々のマイクロレンズの曲率半径が7μmと小さく、
入射光の集光性は高い。プロファイルの半値幅は5.1
μmと小さく、プロファイルはシャープであるが、マイ
クロレンズの球面収差が大きく、隣接画素方向に行く
「ノイズ光」が多く、光損失も大きく光利用効率は65
%と低い。Comparative Numerical Example 1 Pixel size: 14 μm square (refers to a square shape with one side of 14 μm. The same applies hereinafter) Refractive index of resin filled in the gap: 1.4 Microlens array Refractive index: 1.52 Microlens (convex ) Radius of curvature:
7 μm Distance from microlens tip to pixel (gap filled with resin): 30 μm Half-width of profile of light intensity distribution of light focused on pixel: 5.1 μm Light utilization efficiency: 65% In case of this comparative numerical example 1 , The radius of curvature of each microlens in the microlens array is as small as 7 μm,
Incident light is highly condensed. The half-width of the profile is 5.1
The micro-lens is small and the profile is sharp, but the spherical aberration of the microlens is large, there is a lot of "noise light" going to the adjacent pixel direction, the light loss is large, and the light utilization efficiency is 65.
% Is low.
【0040】数値比較例2
画素サイズ:14μm角
間隙に充填した樹脂の屈折率:1.4
マイクロレンズアレイ
屈折率:1.52 マイクロレンズ(凸)の曲率半径:
10μm
マイクロレンズ先端から画素までの距離(樹脂を充填し
た間隙):30μm
画素に集光した光の光強度分布のプロファイルの半値
幅:8.6μm
光利用効率:95%
比較数値例2ではマイクロレンズの曲率半径が大きく、
球面収差が小さいため光は画素上に集光され、光の損失
は小さく光利用効率は高い。プロファイルの半値幅は大
きくプロファイルはブロードとなるが、半値幅が大きい
といっても、画素のサイズに比べると61%であり、投
射画像の高精細性の面で比較数値例1に比して若干劣る
が、光利用効率が同等で半値幅がこれ以下ならば優れた
構成と言える。Numerical comparison example 2 Pixel size: 14 μm square Refractive index of resin filled in gap: 1.4 Microlens array refractive index: 1.52 Microlens (convex) radius of curvature:
10 μm Distance from tip of microlens to pixel (gap filled with resin): 30 μm Half-value width of profile of light intensity distribution of light focused on pixel: 8.6 μm Light utilization efficiency: 95% Microlens in Comparative Numerical Example 2 Has a large radius of curvature,
Since the spherical aberration is small, the light is condensed on the pixel, the loss of the light is small, and the light utilization efficiency is high. The full width at half maximum of the profile is large and the profile is broad. However, even though the full width at half maximum is large, it is 61% compared to the size of the pixel, and in comparison with Comparative Numerical Example 1 in terms of high definition of the projected image. Although slightly inferior, if the light utilization efficiency is the same and the half width is less than this, it can be said that the configuration is excellent.
【0041】[0041]
【実施例】以下に、上に説明した実施の形態に関する具
体的な実施例を挙げる。
実施例1
画素サイズ:14μm角
マイクロレンズ間の間隙:空気層(屈折率:1)
第1マイクロレンズアレイ
屈折率1.52 マイクロレンズ(凸)の曲率半径:1
0μm
第1マイクロレンズアレイの厚さ(マイクロレンズの先
端から、第1マイクロレンズアレイに密接した空間光変
調素子面までの距離。以下の各実施例でも同様であ
る。):30μm
第2マイクロレンズアレイ
屈折率1.52 マイクロレンズ(凸)の曲率半径:2
0μm
マイクロレンズアレイ間の間隙(レンズの先端から先端
まで):3μm
プロファイルの半値幅:7.6μm
光利用効率:100%
実施例2
実施例2は、マイクロレンズ間の間隙に屈折率1.4の
部材を充填したときの例である。この例では、間隙が空
気層である場合に比べて半値幅がさらに小さくなること
が分かる。EXAMPLES Specific examples of the above-described embodiments will be given below. Example 1 Pixel size: 14 μm square Gap between microlenses: Air layer (refractive index: 1) First microlens array refractive index 1.52 Microlens (convex) radius of curvature: 1
0 μm Thickness of the first microlens array (distance from the tip of the microlens to the surface of the spatial light modulator close to the first microlens array. The same applies to each of the following embodiments): 30 μm Second microlens Array refractive index 1.52 Micro lens (convex) radius of curvature: 2
0 μm Gap between microlens arrays (from lens tip to tip): 3 μm Full width at half maximum of profile: 7.6 μm Light utilization efficiency: 100% Example 2 Example 2 has a refractive index of 1.4 in the gap between the microlenses. It is an example when filling the member of. In this example, it can be seen that the full width at half maximum is even smaller than when the gap is an air layer.
【0042】画素サイズ:14μm
マイクロレンズ間の間隙に充填した樹脂の屈折率:1.
4
第1マイクロレンズアレイ
屈折率 1.52 マイクロレンズ(凸)の曲率半径2
0μm
第1マイクロレンズアレイの厚さ:30μm
第2マイクロレンズアレイ
屈折率:1.52 マイクロレンズ(凸)の曲率半径:
10μm
マイクロレンズアレイ間の間隙(レンズの先端から先端
まで):3μm
プロファイルの半値幅:6.2μm
光利用効率:97%
実施例1、2は何れも、比較数値例1、2に比してプロ
ファイルの半値幅が狭く、光利用効率も高い。即ち、実
施例1、2では高精細で明るい投射画像を実現できる。Pixel size: 14 μm Refractive index of resin filled in gaps between microlenses: 1.
4 First microlens array refractive index 1.52 Microlens (convex) radius of curvature 2
0 μm First microlens array thickness: 30 μm Second microlens array refractive index: 1.52 Microlens (convex) radius of curvature:
10 μm Gap between microlens arrays (from the tip of the lens to the tip): 3 μm Full width at half maximum of profile: 6.2 μm Light utilization efficiency: 97% In both Examples 1 and 2, Comparative Numerical Examples 1 and 2 were compared. The half-width of the profile is narrow and the light utilization efficiency is high. That is, in Examples 1 and 2, a high-definition and bright projection image can be realized.
【0043】[0043]
【発明の実施の形態】図2は、画像表示装置の実施の別
形態を説明図的に示している。この画像表示装置は、図
2(a)に示すように、透過光もしくは反射光の強度を
空間変調する空間光変調素子4aと、第1および第2マ
イクロレンズアレイ1a、3aとを有し、第1および第
2マイクロレンズアレイにおけるレンズ配列が空間光変
調素子4aにおける画素配列に対応し、第1および第2
マイクロレンズアレイ1a、3aを所定の間隙2aを隔
して対向させ、第1マイクロレンズアレイ1aを介して
第2マイクロレンズアレイ3aと逆の側に、第1マイク
ロレンズアレイ1aに密接して空間光変調素子4aを配
してなり、第2マイクロレンズアレイ3a側から入射す
る光を、第1、第2マイクロレンズアレイの各マイクロ
レンズにより、空間光変調素子4aの各画素に集光させ
るように構成したもの(請求項1)である。全体は適宜
の手段で一体化されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 2 schematically shows another embodiment of the image display device. As shown in FIG. 2A, this image display device has a spatial light modulator 4a that spatially modulates the intensity of transmitted light or reflected light, and first and second microlens arrays 1a and 3a. The lens arrangement in the first and second microlens arrays corresponds to the pixel arrangement in the spatial light modulator 4a, and the first and second
The microlens arrays 1a and 3a are opposed to each other with a predetermined gap 2a between them, and the first microlens array 1a is provided on the side opposite to the second microlens array 3a, in close contact with the first microlens array 1a, A light modulation element 4a is arranged so that light incident from the second microlens array 3a side is condensed by each microlens of the first and second microlens arrays to each pixel of the spatial light modulation element 4a. (Claim 1). The whole is integrated by appropriate means.
【0044】第1マイクロレンズアレイ1aにおけるマ
イクロレンズの配列は、光軸方向から見て空間光変調素
子4aにおける画素配列と重なり合うようになっている
が、第2マイクロレンズ3aのマイクロレンズの配列ピ
ッチは、第1マイクロレンズアレイ1aにおけるマイク
ロレンズの配列ピッチに対して半ピッチだけ1方向(図
の左右方向)にずれているが、図面に直交する方向にも
ずらしても良い。The array of microlenses in the first microlens array 1a overlaps with the pixel array in the spatial light modulator 4a when viewed from the optical axis direction, but the array pitch of the microlenses of the second microlens 3a. Is shifted in one direction (left and right direction in the figure) by a half pitch with respect to the arrangement pitch of the microlenses in the first microlens array 1a, but may be shifted in the direction orthogonal to the drawing.
【0045】このようにすると、入射光はまず第2マイ
クロレンズアレイ3aで集光され、間隙2aを介して第
1マイクロレンズアレイ1aにより(各マイクロレンズ
の1/2以内の領域で)集光される。第2マイクロレン
ズアレイ3aのマイクロレンズの曲率半径が小さく半球
形状に近い場合は球面収差が大きくなり、逆に曲率半径
が大きい場合は光を曲げる力が弱く、効率良く集光でき
ない問題がある。この傾向は特にレンズ周辺で著しくな
る。In this way, the incident light is first condensed by the second microlens array 3a and then condensed by the first microlens array 1a through the gap 2a (in a region within 1/2 of each microlens). To be done. When the radius of curvature of the microlenses of the second microlens array 3a is small and is close to a hemispherical shape, spherical aberration is large, and conversely, when the radius of curvature is large, there is a problem that the light bending force is weak and light cannot be efficiently condensed. This tendency becomes remarkable especially around the lens.
【0046】第2マイクロレンズアレイ3aを第マイク
ロレンズ1aに対してずらして配置すると、図2(b)
に示すように、第2マイクロレンズアレイのマイクロレ
ンズL3aのレンズ周辺を通った光5aが、第1マイク
ロレンズアレイ1aではマイクロレンズL1aの中心近
傍を通ることになり、効率良く画素上に集光できる。ま
た、例えば、第2マイクロレンズアレイのマイクロレン
ズL3aの曲率半径が画素サイズに対して小さく、画素
の対角線方向4隅に隙間が生じるような場合、この4隅
を通る光は略直進し、仮に第1、第2マイクロレンズア
レイに上記の「ずれ」が無いとすると画素中心に集光さ
れない。When the second microlens array 3a is displaced from the first microlens 1a, the arrangement is as shown in FIG.
As shown in, the light 5a that has passed through the lens periphery of the microlens L3a of the second microlens array will pass through the vicinity of the center of the microlens L1a in the first microlens array 1a, so that it is efficiently condensed on the pixel. it can. Further, for example, when the radius of curvature of the microlenses L3a of the second microlens array is small with respect to the pixel size and gaps are formed at the four corners of the pixel in the diagonal direction, the light passing through these four corners travels substantially straight, and tentatively. If the first and second microlens arrays do not have the above “deviation”, they are not focused on the pixel center.
【0047】しかるに、第2マイクロレンズアレイ3a
を第1マイクロレンズアレイ1aに対して図2の如くに
ずれた位置におくと、上記「略直進した光」は第1マイ
クロレンズ1aのマイクロレンズを通り画素上に有効に
集光される。However, the second microlens array 3a
2 is displaced from the first microlens array 1a as shown in FIG. 2, the "substantially straight light" passes through the microlenses of the first microlens 1a and is effectively condensed on the pixel.
【0048】また、実際の液晶ライトバルブで遮光層
(ブラックマトリックス)が設けられている場合、上記
略直進する光は遮光層で遮光され、画像の劣化には繋が
らないが光利用効率は低下する。Further, when a light-shielding layer (black matrix) is provided in an actual liquid crystal light valve, the above-mentioned light that travels substantially straight is shielded by the light-shielding layer, which does not lead to deterioration of the image but reduces the light utilization efficiency. .
【0049】上には、第1、第2マイクロレンズアレイ
におけるマイクロレンズが凸面形状である場合を示した
が、第1、第2マイクロレンズアレイ間の間隙に樹脂を
充填する場合、樹脂の屈折率:n2、第1マイクロレン
ズアレイの材質の屈折率:n1、第2マイクロレンズア
レイの材質の屈折率:n3の大小関係により、各マイク
ロレンズアレイにおけるマイクロレンズの形状を凸面形
状とすることも凹面形状とすることも可能である。Although the case where the microlenses in the first and second microlens arrays have a convex shape is shown above, when the resin is filled in the gap between the first and second microlens arrays, the refraction of the resin is performed. The shape of the microlenses in each microlens array may be a convex shape depending on the size relationship of the index: n2, the refractive index of the material of the first microlens array: n1, and the refractive index of the material of the second microlens array: n3. It is also possible to have a concave shape.
【0050】即ち、第1、第2マイクロレンズアレイの
レンズ形状をともに凸面形状とする場合は、n3>n1
>n2、n1=n3>n2あるいはn1>n3>n2が
満足されれば良く、逆に両方とも凹面形状とする場合
は、n1<n3<n2、n1=n3<n2、あるいはn
3<n1<n2が満足されれば良い。この場合、各マイ
クロレンズは何れも正レンズとして機能する。That is, when both the lens shapes of the first and second microlens arrays are convex, n3> n1
> N2, n1 = n3> n2 or n1>n3> n2 is satisfied, and conversely, when both are concave surfaces, n1 <n3 <n2, n1 = n3 <n2, or n
It suffices if 3 <n1 <n2 is satisfied. In this case, each microlens functions as a positive lens.
【0051】図3は画像表示装置の実施の別形態を説明
図として示している。図3(a)に示すように、この実
施の形態では、空間光変調素子4bに密接して設けられ
た第1マイクロレンズアレイ1bのマイクロレンズが凹
面形状で、第2マイクロレンズアレイ3bのマイクロレ
ンズが凸面形状である(請求項5)。全体は、適宜の手
段により一体化されている。FIG. 3 shows another embodiment of the image display device as an explanatory view. As shown in FIG. 3A, in this embodiment, the microlenses of the first microlens array 1b provided in close contact with the spatial light modulator 4b are concave and the microlenses of the second microlens array 3b are microscopic. The lens has a convex shape (claim 5). The whole is integrated by appropriate means.
【0052】また、第1マイクロレンズアレイ1bにお
けるマイクロレンズの配列は空間光変調素子4bにおけ
る画素配列と重なり合うようになっているが、第2マイ
クロレンズ3bのマイクロレンズの配列ピッチは、第1
マイクロレンズアレイ1bにおけるマイクロレンズの配
列ピッチに対して半ピッチだけ2方向(図の左右方向と
図面に直交する方向)にずれている(請求項3)。The array of microlenses in the first microlens array 1b overlaps the pixel array in the spatial light modulator 4b, but the array pitch of the microlenses of the second microlens 3b is the first.
The microlens array 1b is deviated from the array pitch of the microlenses by a half pitch in two directions (a horizontal direction in the drawing and a direction orthogonal to the drawing) (claim 3).
【0053】図3(b)に示すように、第2マイクロレ
ンズアレイのマイクロレンズL3bで集光された光5b
が、第1マイクロレンズアレイ1bの周辺に入射し、マ
イクロレンズL1bの負のパワーで画素に向って効率良
く集光される。As shown in FIG. 3B, the light 5b collected by the microlens L3b of the second microlens array
However, the light enters the periphery of the first microlens array 1b and is efficiently condensed toward the pixel by the negative power of the microlens L1b.
【0054】図3の例とは逆に、第1マイクロレンズア
レイのマイクロレンズを凸面形状、第2マイクロレンズ
アレイのマイクロレンズを凹面形状としても(請求項
4)、入射光を画素に向って効率良く集光できる。Contrary to the example of FIG. 3, even if the microlenses of the first microlens array are convex and the microlenses of the second microlens array are concave (claim 4), the incident light is directed to the pixels. It can collect light efficiently.
【0055】[0055]
【実施例】以下に、請求項5の画像表示装置に関する実
施例を挙げる。
実施例3
画素サイズ:14μm角
マイクロレンズアレイ間の間隙に充填した樹脂の屈折
率:1.4
第1マイクロレンズアレイ
屈折率:1.52 マイクロレンズ(凹)の曲率半径:
25μm
第1マイクロレンズアレイの厚さ:30μm
第2マイクロレンズアレイ
屈折率:1.52 マイクロレンズ(凸)の曲率半径:
25μm
マイクロレンズアレイの間隔(第2マイクロレンズアレ
イのマイクロレンズの中央から第1マイクロレンズアレ
イのマイクロレンズの端まで):3μm
プロファイルの半値幅:6.2μm
光利用効率:90%
実施例3でも「プロファイルの半値幅」が狭く、光利用
効率も高いので高精細で明るい投射画像を実現できる。EXAMPLES Examples of the image display device according to claim 5 will be described below. Example 3 Pixel size: 14 μm square Refractive index of resin filled in gaps between microlens arrays: 1.4 First microlens array refractive index: 1.52 Microlens (concave) radius of curvature:
25 μm Thickness of first microlens array: 30 μm Refractive index of second microlens array: 1.52 Radius of curvature of microlenses (convex):
25 μm Microlens array spacing (from the center of the microlenses of the second microlens array to the ends of the microlenses of the first microlens array): 3 μm Full width at half maximum of profile: 6.2 μm Light utilization efficiency: 90% Also in Example 3 Since the "half-width of profile" is narrow and the light utilization efficiency is high, a high-definition and bright projection image can be realized.
【0056】図4に画像表示装置の実施の他の形態を説
明図的に示す。FIG. 4 is an explanatory view showing another embodiment of the image display device.
【0057】図4(a)において、空間光変調素子4e
に密接して設けられた第1マイクロレンズアレイ1eの
マイクロレンズ形成面において、配列されたマイクロレ
ンズ1e1の間に隙間部分10があり(請求項6)、こ
の隙間部分10は「平坦面」である。空間光変調素子4
eにおける画素のサイズ(画素ピッチ)を「d」とする
とき、第1マイクロレンズアレイ1eのマイクロレンズ
の曲率半径:rが上記dに比して小さい場合(正方形画
素の場合では例えばr<(d/2))である。マイクロ
レンズ1e1は凹面形状を有している。全体は、適宜の
手段により一体化されている。In FIG. 4A, the spatial light modulator 4e.
On the microlens formation surface of the first microlens array 1e provided in close contact with the microlens array 1e, there is a gap portion 10 between the arranged microlenses 1e1 (claim 6), and this gap portion 10 is a "flat surface". is there. Spatial light modulator 4
When the pixel size (pixel pitch) in e is “d”, the radius of curvature r of the microlenses of the first microlens array 1e is smaller than the above d (for square pixels, for example, r <( d / 2)). The microlens 1e1 has a concave shape. The whole is integrated by appropriate means.
【0058】第1マイクロレンズアレイ1eと第2マイ
クロレンズアレイ3eとのマイクロレンズの配列ピッチ
は、図の左右方向および図面に直交する方向において、
互いに1/2ピッチずれている(請求項3)。マイクロ
レンズアレイ3eに形成されたマイクロレンズ3e1は
凸面形状である。The array pitch of the microlenses of the first microlens array 1e and the second microlens array 3e is set in the horizontal direction of the drawing and in the direction orthogonal to the drawing.
They are offset from each other by ½ pitch (claim 3). The microlens 3e1 formed in the microlens array 3e has a convex shape.
【0059】図4(b)において示された正方格子は、
第2マイクロレンズアレイ3eを光軸方向から見た状態
におけるマイクロレンズ3e1の配列を示す。即ち、格
子における桝目の1つ1つがマイクロレンズ3e1であ
る。換言すれば、個々のマイクロレンズ3e1は光軸方
向から見ると「正方形形状のレンズ縁部」を有し、これ
ら縁部で隣接している。即ち、第2マイクロレンズアレ
イ3eにおいて、マイクロレンズ3e1の配列は「稠
密」である(請求項7)。The square lattice shown in FIG. 4 (b) is
The arrangement | positioning of the micro lens 3e1 in the state which saw the 2nd micro lens array 3e from the optical axis direction is shown. That is, each grid in the grid is a microlens 3e1. In other words, the individual microlenses 3e1 have “square lens edge portions” when viewed from the optical axis direction, and these edge portions are adjacent to each other. That is, in the second microlens array 3e, the arrangement of the microlenses 3e1 is "dense" (claim 7).
【0060】図4(b)において、マイクロレンズ3e
1の配列におけるレンズ縁部を示す格子の各格子点に
は、第1マイクロレンズアレイ1eのマイクロレンズ1
e1が位置している。また、各マイクロレンズ3e1の
中心が空間光変調素子4eにおける各画素の中心と対応
する。In FIG. 4B, the microlens 3e
The microlenses 1 of the first microlens array 1e are arranged at the respective lattice points of the lattice showing the lens edges in the arrangement of 1.
e1 is located. The center of each microlens 3e1 corresponds to the center of each pixel in the spatial light modulator 4e.
【0061】第2マイクロレンズアレイのマイクロレン
ズ3e1により集光される光5のうち、マイクロレンズ
3e1のレンズ中心付近、即ち、光軸近傍を通る光5b
はマイクロレンズ3e1の収差の影響をさほど受けない
ため、この光5bを第1マイクロレンズアレイのマイク
ロレンズによりさらに集光する必要がなく、第2マイク
ロレンズアレイの各マイクロレンズ3e1のレンズ周辺
を通った光5cのみを、第1マイクロレンズアレイ1e
の凹のマイクロレンズ1e1の負のパワーにより、マイ
クロレンズ3e1の光軸側へ集光する。Of the light 5 condensed by the microlenses 3e1 of the second microlens array, the light 5b passing near the lens center of the microlenses 3e1, that is, near the optical axis.
Is not affected by the aberration of the microlens 3e1 so much, it is not necessary to further focus this light 5b by the microlens of the first microlens array, and the light 5b passes through the lens periphery of each microlens 3e1 of the second microlens array. Only the light 5c which has
Due to the negative power of the concave microlens 1e1, the light is focused on the optical axis side of the microlens 3e1.
【0062】この実施の形態に関する実施例を挙げる。An example relating to this embodiment will be given.
【0063】[0063]
【実施例】実施例4
画素サイズ:14μm角
マイクロレンズアレイ間の間隙に充填した樹脂の屈折
率:1.4
第1マイクロレンズアレイ
屈折率:1.52 マイクロレンズ(凹)の曲率半径:
25μm
第1マイクロレンズアレイの厚さ:30μm
第2マイクロレンズアレイ
屈折率:1.52 マイクロレンズ(凸)の曲率半径:
25μm
マイクロレンズアレイの間隔(第2マイクロレンズアレ
イのマイクロレンズの中央から第1マイクロレンズアレ
イの平坦部まで):2.4μm
第1マイクロレンズアレイにおける隣接マイクロレンズ
間の平坦部の長さ(図4(b)における縦横方向のマイ
クロレンズ1e1の縁間離隔):4μm
プロファイルの半値幅:4.7μm
光利用効率:97%
プロファイルの半値幅が非常に小さく、光利用効率も高
く、高精細で明るい投射画像を実現できる。Example 4 Pixel size: 14 μm square Refractive index of resin filled in gap between microlens arrays: 1.4 First microlens array refractive index: 1.52 Microlens (concave) radius of curvature:
25 μm Thickness of first microlens array: 30 μm Refractive index of second microlens array: 1.52 Radius of curvature of microlenses (convex):
25 μm Microlens array spacing (from center of microlens of second microlens array to flat portion of first microlens array): 2.4 μm Length of flat portion between adjacent microlenses in first microlens array (Fig. Edge separation of the microlenses 1e1 in the vertical and horizontal directions in 4 (b)): 4 μm Full width at half maximum of profile: 4.7 μm Light utilization efficiency: 97% Full width at half maximum of profile is very small, high light utilization efficiency and high definition A bright projected image can be realized.
【0064】図5に、図4に示した実施の形態の変形例
を示す。この例においては、第2マイクロレンズアレイ
の各マイクロレンズアレイ3e1は図4の例に置けると
同じく、光軸方向から見て「正方形形状のレンズ縁部」
を有し、これら縁部で隣接している。即ち、第2マイク
ロレンズアレイ3eにおいてマイクロレンズ3e1の配
列は「稠密」である(請求項7)。FIG. 5 shows a modification of the embodiment shown in FIG. In this example, each microlens array 3e1 of the second microlens array is a "square lens edge" when viewed from the optical axis direction, as in the example of FIG.
And are adjacent at these edges. That is, the arrangement of the microlenses 3e1 in the second microlens array 3e is "dense" (claim 7).
【0065】また、第1マイクロレンズアレイの側にお
いては、図4の例におけると同様に、凹面形状を持つマ
イクロレンズ1e1が「マイクロレンズ3e1の配列に
おけるレンズ縁部を示す格子の各格子点」に配置されて
いるが、これに加え、光軸方向から見て上記格子の各中
央部に位置するように、凸面形状のマイクロレンズ1e
2が配列されている。すなわち、正のパワーを持つマイ
クロレンズ1e2の配列は、マイクロレンズ3e1の配
列と重なり合い且つ画素の配列に重なり合う。On the side of the first microlens array, as in the example of FIG. 4, the microlenses 1e1 having a concave shape are "each lattice point of the lattice indicating the lens edge portion in the array of the microlenses 3e1". In addition to this, in addition to this, the convex microlens 1e is located so as to be positioned at each central portion of the grating when viewed from the optical axis direction.
2 are arranged. That is, the array of microlenses 1e2 having positive power overlaps the array of microlenses 3e1 and also the array of pixels.
【0066】第1マイクロレンズアレイのマイクロレン
ズ1e1、1e2の曲率半径:r1は画素サイズ:dに
対して小さく(例えば、r1<(d/2))、第2マイ
クロレンズアレイのマイクロレンズ3e1の曲率半径:
r2は画素サイズに比して大きい(例えば、r2>d√
(2))である(正方形形状の画素の場合)。The curvature radii r1 of the microlenses 1e1 and 1e2 of the first microlens array are smaller than the pixel size d (for example, r1 <(d / 2)), and the microlenses 3e1 of the second microlens array are curvature radius:
r2 is larger than the pixel size (for example, r2> d√
(2)) (for square-shaped pixels).
【0067】第2マイクロレンズアレイの各マイクロレ
ンズ3e1により集光された光のうち、レンズ周辺部を
通った光は、マイクロレンズ1e1の負のパワーにより
画素中心へ向けて集光される。また、マイクロレンズ3
e1の中心を通った光はマイクロレンズ1e2によりさ
らに画素中心に向けて集光される。Of the light collected by each microlens 3e1 of the second microlens array, the light passing through the lens peripheral portion is collected toward the pixel center by the negative power of the microlens 1e1. Also, the micro lens 3
The light passing through the center of e1 is further condensed toward the center of the pixel by the microlens 1e2.
【0068】即ち、図4の場合比して、マイクロレンズ
3e1の周辺を通る光だけでなく、レンズ中央を通る光
も有効に画素中心に向けて集光できるため、画素上に光
を効率よく集めることができる。That is, as compared with the case of FIG. 4, not only the light passing through the periphery of the microlens 3e1 but also the light passing through the center of the lens can be effectively focused toward the pixel center, so that the light can be efficiently reflected on the pixel. You can collect.
【0069】即ち、図5の実施の形態では、第1マイク
ロレンズアレイおよび第2マイクロレンズアレイとを有
し、第1マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズ
1e1、1e2の配列、第2マイクロレンズアレイにお
けるマイクロレンズ3e1の配列が画素配列に対応す
る。マイクロレンズ1e2および3e1の配列は、画素
配列に重なり合うように対応し、マイクロレンズ1e1
の配列は画素配列に対し縦横方向に1/2ピッチずれて
対応する。That is, the embodiment of FIG. 5 has the first microlens array and the second microlens array, and the arrangement of the microlenses 1e1 and 1e2 in the first microlens array and the microlenses in the second microlens array. The array of the lenses 3e1 corresponds to the pixel array. The array of microlenses 1e2 and 3e1 corresponds to overlap the pixel array, and
The arrangement corresponds to the pixel arrangement with a 1/2 pitch shift in the vertical and horizontal directions.
【0070】図6は請求項8記載の画像表示装置の実施
の1形態を説明図的に示している。空間光変調素子4b
に密着して第1マイクロレンズアレイ1b’が設けら
れ、間隙2b’を介して第2マイクロレンズアレイ3
b’が設けられ、全体が一体化されている。第1マイク
ロレンズアレイ1b’、第2マイクロレンズアレイ3
b’のマイクロレンズ形成面の領域外に「柱状」のスペ
ーサ101、102が形成されている。FIG. 6 is an explanatory view showing an embodiment of an image display device according to claim 8. Spatial light modulator 4b
The first microlens array 1b 'is provided in close contact with the second microlens array 3b with a gap 2b' interposed therebetween.
b'is provided and is wholly integrated. First microlens array 1b ', second microlens array 3
“Columnar” spacers 101 and 102 are formed outside the area of the microlens forming surface of b ′.
【0071】スペーサ101、102は第1、第2マイ
クロレンズアレイ間の間隙2b’を維持するためのもの
であり、第1、第2マイクロレンズアレイ1b’、3
b’のマイクロレンズをドライエッチングで作製する
際、スペーサ101、102の間隔が同一になるよう作
製し、製作後に合わせる。The spacers 101 and 102 are for maintaining the gap 2b ′ between the first and second microlens arrays, and the first and second microlens arrays 1b ′ and 3 are provided.
When the microlens b'is formed by dry etching, the spacers 101 and 102 are formed so that the distance between them is the same, and they are aligned after manufacturing.
【0072】このようにすると、第1、第2マイクロレ
ンズアレイ間の間隙を一定にできるのみならず、マイク
ロレンズアレイ間におけるマイクロレンズ相互の平面内
での位置合わせ(互いのピッチを合わせたり、図の如く
1/2ピッチずらせる)も容易となる。即ち、図のよう
にマイクロレンズアレイのピッチを互いにずらす場合に
は、1/2ピッチずらした位置にスペーサ101、10
2を予め作製しておくのである。By doing so, not only can the gap between the first and second microlens arrays be made constant, but also the alignment of the microlenses between the microlens arrays in a plane (matching their pitches, It is also easy to shift by 1/2 pitch as shown in the figure. That is, when the pitches of the microlens arrays are shifted from each other as shown in the figure, the spacers 101, 10 are placed at positions shifted by 1/2 pitch.
2 is prepared in advance.
【0073】マイクロレンズアレイと同時に柱状のスペ
ーサを作製する技術は特開2000−19307号公報
で開示されており、この方法を用いれば良い。A technique for producing a columnar spacer at the same time as the microlens array is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-19307, and this method may be used.
【0074】図7は画像投射装置の実施の1形態を説明
図的に示している。符号9は「光源」、符号10は「偏
光ビームスプリッタ」、符号11は「画像表示装置」、
符号12は「投射レンズ」、符号13は「スクリーン」
を示している。FIG. 7 is an explanatory view showing one embodiment of the image projection apparatus. Reference numeral 9 is a “light source”, reference numeral 10 is a “polarization beam splitter”, reference numeral 11 is an “image display device”,
Reference numeral 12 is a "projection lens" and reference numeral 13 is a "screen"
Is shown.
【0075】光源9から、偏光ビームスプリッタ10に
対してS偏光となる光束を偏光ビームスプリッタ10に
入射させ、偏光ビームスプリッタ10により反射させて
画像表示装置11に入射させる。画像表示装置は図1〜
図6に即して説明した如く、第1、第2マイクロレンズ
アレイを間隙を隔して近接させ、第1マイクロレンズア
レイに空間光変調素子を密接して配したものであり、空
間光変調素子は反射型の液晶ライトバルブである。From the light source 9, an S-polarized light beam is incident on the polarization beam splitter 10, enters the polarization beam splitter 10, is reflected by the polarization beam splitter 10, and enters the image display device 11. Image display device
As described with reference to FIG. 6, the first and second microlens arrays are arranged close to each other with a gap, and the spatial light modulator is arranged closely to the first microlens array. The element is a reflective liquid crystal light valve.
【0076】液晶ライトバルブを画像信号で駆動すれ
ば、表示すべき画像に応じた画素における反射光束は偏
光ビームスプリッタに対してP偏光状態に変換される。
この光束は偏光ビームスプリッタ10を透過し、投射レ
ンズ12によりスクリーン13上に投射画像として結像
表示される。When the liquid crystal light valve is driven by the image signal, the reflected light beam in the pixel corresponding to the image to be displayed is converted into the P polarization state by the polarization beam splitter.
This light beam passes through the polarization beam splitter 10, and is imaged and displayed as a projection image on the screen 13 by the projection lens 12.
【0077】空間光変調素子において図7(b)に示す
ように画素の配列14は密な配列であるが、マイクロレ
ンアレイにより入射光は各画素上でその画素サイズより
も小さいスポットになるため、このスポットを投射レン
ズ12で投影した像は、図7(c)に示すように隙間の
ある像15となる。即ち、像15は高精細化画像であ
る。光源はハロゲンランプあるいは超高圧水銀ランプな
どの白色ランプが主流であるが、レーザ、LEDでも構
わない。In the spatial light modulator, the pixel array 14 is a dense array as shown in FIG. 7B, but the incident light becomes a spot smaller than the pixel size on each pixel due to the microlens array. An image obtained by projecting this spot by the projection lens 12 becomes an image 15 with a gap as shown in FIG. 7 (c). That is, the image 15 is a high definition image. A white lamp such as a halogen lamp or an ultra-high pressure mercury lamp is mainly used as a light source, but a laser or an LED may be used.
【0078】図7の画素投射装置において、画像表示装
置11を、圧電素子等を用いて、投射レンズ12の光軸
に直行する面内で高速で振動的に変位させると、投射さ
れた高精細画像15が高速で細かく変位し、画素像間の
隙間が埋まるので、隙間の目立たない良好な高精細化画
像を実現できる。In the pixel projection device of FIG. 7, when the image display device 11 is oscillatingly displaced at a high speed in a plane orthogonal to the optical axis of the projection lens 12 by using a piezoelectric element or the like, the projected high definition image is obtained. Since the image 15 is finely displaced at a high speed and the gaps between the pixel images are filled, a good high-definition image in which the gaps are not noticeable can be realized.
【0079】[0079]
【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規な画像表示装置とこれを用いた新規な画像投射装
置を実現できる。この発明の画像表示装置は、上記の如
く、2枚のマイクロレンズアレイを用いて入射光束を空
間光変調素子の各画素に集光するので、各マイクロレン
ズアレイのマイクロレンズのパワーを無理無く設定でき
て各画素に効率よく光を集光でき、光利用効率も高いの
で高精細で明るい投射画像を実現できる。また、画像表
示装置の構成が簡素であるので、容易且つ安価に作製で
きる。As described above, according to the present invention, a novel image display device and a novel image projection device using the same can be realized. As described above, the image display device of the present invention uses two microlens arrays to focus the incident light flux on each pixel of the spatial light modulator, so that the power of the microlenses of each microlens array is set without difficulty. As a result, light can be efficiently condensed on each pixel, and the light utilization efficiency is high, so that a high-definition and bright projection image can be realized. Moreover, since the image display device has a simple structure, it can be easily and inexpensively manufactured.
【0080】従って、この画像表示装置を用いる画像投
射装置は、明るく高精細で良好な画像を表示できる。Therefore, the image projection apparatus using this image display apparatus can display a bright, high-definition and excellent image.
【図1】画像表示装置の実施形態を説明するための図で
ある。FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of an image display device.
【図2】画像表示装置の実施形態を説明するための図で
ある。FIG. 2 is a diagram for explaining an embodiment of an image display device.
【図3】画像表示装置の実施形態を説明するための図で
ある。FIG. 3 is a diagram for explaining an embodiment of an image display device.
【図4】画像表示装置の実施形態を説明するための図で
ある。FIG. 4 is a diagram for explaining an embodiment of an image display device.
【図5】図4の実施の形態の変形例を説明するための図
である。FIG. 5 is a diagram for explaining a modification of the embodiment of FIG.
【図6】スペーサを形成したマイクロレンズアレイを用
いる画像表示装置を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an image display device using a microlens array having spacers formed therein.
【図7】画像投射装置の実施の形態を説明するための図
である。FIG. 7 is a diagram for explaining the embodiment of the image projection apparatus.
【図8】マイクロレンズの集光性を説明するための図で
ある。FIG. 8 is a diagram for explaining the light condensing property of a microlens.
1 第1マイクロレンズアレイ 2 間隙 3 第2マイクロレンズアレイ 4 空間光変調素子 1 First microlens array 2 gap 3 Second microlens array 4 Spatial light modulator
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝口 康之 東京都大田区中馬込1丁目3番6号・株式 会社リコー内 (72)発明者 宮垣 一也 東京都大田区中馬込1丁目3番6号・株式 会社リコー内 (72)発明者 亀山 健司 東京都大田区中馬込1丁目3番6号・株式 会社リコー内 Fターム(参考) 2H088 EA37 EA44 HA20 HA25 MA06 2H091 FA10Z FA26X FA26Z FA29X FA29Z FA35Y FA41Z LA16 MA07 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Yasuyuki Takiguchi 1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo, stock Company Ricoh (72) Inventor Kazuya Miyagaki 1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo, stock Company Ricoh (72) Inventor Kenji Kameyama 1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo, stock Company Ricoh F term (reference) 2H088 EA37 EA44 HA20 HA25 MA06 2H091 FA10Z FA26X FA26Z FA29X FA29Z FA35Y FA41Z LA16 MA07
Claims (9)
る空間光変調素子と、第1および第2マイクロレンズア
レイとを有し、第1および第2マイクロレンズアレイに
おけるレンズ配列が上記空間光変調素子における画素配
列に対応し、 上記第1および第2マイクロレンズアレイを、所定の間
隙を隔して対向させ、上記第1マイクロレンズアレイを
介して第2マイクロレンズアレイと逆の側に、上記第1
マイクロレンズアレイに近接若しくは密接して上記空間
光変調素子を配してなり、 上記第2マイクロレンズアレイ側から入射する光を、上
記第1、第2マイクロレンズアレイの各マイクロレンズ
により、上記空間光変調素子の各画素に集光させるよう
に構成したことを特徴とする画像表示装置。1. A spatial light modulator for spatially modulating the intensity of transmitted light or reflected light, and first and second microlens arrays, wherein the lens arrangement in the first and second microlens arrays is the spatial light. Corresponding to the pixel array in the modulator, the first and second microlens arrays are opposed to each other with a predetermined gap therebetween, and the first and second microlens arrays are arranged on the opposite side of the second microlens array. First above
The spatial light modulator is arranged close to or in close contact with the microlens array, and light incident from the second microlens array side is converted into the space by the microlenses of the first and second microlens arrays. An image display device characterized in that it is configured to collect light on each pixel of a light modulation element.
とを特徴とする画像表示装置。2. The image display device according to claim 1, wherein a resin is filled between the first and second microlens arrays.
いて、 第1、第2マイクロレンズアレイにおけるマイクロレン
ズ配列ピッチが少なくとも1方向に半ピッチずれている
ことを特徴とする画像表示装置。3. The image display device according to claim 1 or 2, wherein the microlens array pitches in the first and second microlens arrays are shifted by at least one direction in a half pitch.
で、第2マイクロレンズアレイのマイクロレンズが凹面
形状であることを特徴とする画像表示装置。4. The image display device according to claim 3, wherein the microlenses of the first microlens array are convex and the microlenses of the second microlens array are concave.
で、第2マイクロレンズアレイのマイクロレンズが凸面
形状であることを特徴とする画像表示装置。5. The image display device according to claim 3, wherein the microlenses of the first microlens array are concave and the microlenses of the second microlens array are convex.
装置において、 第1、第2マイクロレンズアレイのうち少なくとも一方
において、マイクロレンズ間に隙間があることを特徴と
する画像表示装置。6. The image display device according to any one of claims 3 to 5, wherein at least one of the first and second microlens arrays has a gap between the microlenses. apparatus.
装置において、 第1、第2マイクロレンズアレイのうち少なくとも一方
において、マイクロレンズの配列が稠密であることを特
徴とする画像表示装置。7. The image display device according to claim 1, wherein at least one of the first and second microlens arrays has a dense arrangement of microlenses. Display device.
装置において、 第1、第2マイクロレンズアレイ間の間隙および/また
は位置を、維持および/または調整するスペーサを有す
ることを特徴する画像表示装置。8. The image display device according to claim 1, further comprising a spacer for maintaining and / or adjusting a gap and / or a position between the first and second microlens arrays. Characteristic image display device.
装置と、光源及び投射レンズを有する画像投射装置。9. An image projection device having the image display device according to any one of claims 1 to 8 and a light source and a projection lens.
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